本科畢設論文--公交車無線自動報站系統(tǒng)--硬件設計

PAGEPAGE29西安工業(yè)大學北方信息工程學院本科畢業(yè)設計(論文)題目：公交車無線自動報站系統(tǒng)——硬件設計畢業(yè)設計（論文）任務書系別電子信息系專業(yè)自動化班級姓名學號1.畢業(yè)設計(論文)題目：公交車無線自動報站系統(tǒng)—硬件設計2.題目背景和意義：公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務，而公共汽車的報站直接影響服務的質量。傳統(tǒng)的由乘務人員人工報站，因其效果太差和工作強度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。公交車自動報站器的設計主要是為了彌補改變傳統(tǒng)語音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，進站、出站自動播報站名及服務用語，為市民提供更人性化，更完善的服務。3.設計(論文)的主要內(nèi)容(理工科含技術指標)：主要內(nèi)容：結合單片機技術、語音技術、測溫技術、無線數(shù)據(jù)傳輸技術和LCD顯示技術，充分發(fā)揮了報站器的報站功能，同時應具有測溫功能和漢字顯示功能。實現(xiàn)了公交車進站前預報前方到站的信息提示；技術指標：1、實時輪流顯示當前時間，車內(nèi)溫度，下個站點的站名和一些溫馨的提示。2、完成無線數(shù)據(jù)的接收和解析，并且通過語音芯片和揚聲器播放站臺信息和其他信息。3、供電電壓：直流＋12V。4.設計的基本要求及進度安排(含起始時間、設計地點)：1、掌握單片機原理及外圍接口電路設計。2、掌握Protel99se電路設計工具的使用。3、掌握一定的模電數(shù)電的基本概念原理。進度安排：1--3周：查閱資料，了解公交車報站系統(tǒng)的背景以及國內(nèi)外的現(xiàn)狀；了解組成本次設計的各個芯片的資料以及做好開題報告的準備工作。5--9周：根據(jù)查閱掌握的資料，擬定此次設計的制作方案，以及PCB板的制作。10-11周：完成中期答辯。12-16周：完成剩余部分，焊接，調試電路板。5.畢業(yè)設計(論文)的工作量要求撰寫15000字論文①實驗(時數(shù))*或實習(天數(shù))：300機時②圖紙(幅面和張數(shù))*：③其他要求：查閱資料不少于10份指導教師簽名：年月日學生簽名：年月日系主任審批：年月日說明：1本表一式二份，一份由學生裝訂入冊，一份教師自留。2帶*項可根據(jù)學科特點選填。公交車無線自動報站系統(tǒng)——硬件設計摘要隨著科學技術的日益發(fā)展和進步,無人售票公交車在街頭多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當大的程度上免除了乘務人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。對于報站器的設計國內(nèi)已有相關的文獻評論，但是總的來說以前的設計，功能相對比較單一，無法充分利用單片機系統(tǒng)的資源，最大程度的發(fā)揮報站器的全部功效。本文則結合單片機技術、語音技術、測溫技術、無線數(shù)據(jù)傳輸技術和LCD顯示技術，不但發(fā)揮了報站器的報站功能，而且同時擁有測溫功能和漢字顯示功能。實現(xiàn)了公交車進站前自動預報前方到站；全市公交車輛都可以到那站報那站，線路的變化都沒有關系；同樣可以實現(xiàn)自動預報站，無須司機按鍵。不但給乘客帶來方便，而且能讓司機更加專心于駕駛，加強了道路行駛安全性。關鍵詞：語音；測溫；無線數(shù)據(jù)傳輸；LCD顯示ThebuswirelessAutoReportsstationsystem——HardwareDesignAbstract Alongwiththeincreasingdevelopmentandprogressofscienceandtechnology,thebuswithoutticket-sellerbecomesmoreandmorepopulartoday,atthesametimetheaudiostop-reportingdevicefindsawideuse.Thisexemptsthebusstewardsfromthetroubleofreportingstopsalongtherouteandfacilitatesthepassengerswhoarenotfamiliarwiththeroute. Inourcountry,therehavebeenrelevantdocumentsaboutthedesignofstop-reportingdevice.Butfromthewhole,theirdesignshavethedeficiencyofcomparativesinglefunction,andinabilitytomakefulluseoftheresourcesofMonolithicmachinesystemtobringouttheentireefficacyofthedeviceinlargestdegree.ThispaperincorporatingthetechnologyofMonolithicmachine,Pronunciation，temperature-measuring,radiodatatransmissionandLCD,givesanewdesignwhichhavenotonlythestop-reportingfunction,butalsothetemperature-measuringandcharacter-indicationfunctions.Thusitrealizesthebasicarrive,nomattertherouteschangeornot;atthesametime,ithavethefunctionofpre-reportingstopsfunctionofreportingstops:thebusesofthewholecitycanreportstopswherethey:atacertaindistancebeforethestop,itcanautomaticallyandaccuratelyreportthestopswithoutthedriverpushingthebutton.Atthetimeofbringingconveniencetothepassengers,italsomakesthedrivermoreintentontheirworking,thusincreasingthesecurityofthetraffic.Keywords:pronunciation;measurethetemperature;wirelessdatatransmission;LCDisdemonstrate目錄1緒論 11.1引言 11.2課題研究的背景及意義 11.3報站器的動態(tài)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外相關研究情況 11.4系統(tǒng)可行性分析 21.5研究步驟和方法 21.6設計的主要任務 32系統(tǒng)的硬件方案設計 42.1系統(tǒng)功能及技術要求 42.2采用的研究方案 43系統(tǒng)接口電路的分析與設計 73.1單片機的介紹 73.2系統(tǒng)電源部分的設計 83.3CPU其他外圍電路設計 93.3.1看門狗電路的設計 93.3.2時鐘電路 103.4電平轉換電路的設計 103.4.1RS232標準 103.4.2電平轉換芯片的選擇 113.4.3無線數(shù)據(jù)模塊的工作介紹 123.5溫度采集電路設計 133.5.1溫度采集芯片DS18B20的功能特點 133.5.2DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部硬件結構 143.5.3DS18B20和單片機的接口 143.6實時時鐘接口電路設計 163.6.1實時時鐘DS12887的特點和功能 163.6.2DS12887時鐘芯片的結構 163.6.3DS12887和單片機的接口電路 183.7語音接口電路設計 193.7.1ISD2560的功能特點 193.7.2ISD2560的內(nèi)部結構 193.7.3ISD2560和單片機的接口設計 213.8液晶顯示電路設計 223.8.1液晶顯示功能概述 223.8.2液晶顯示的外形尺寸圖 233.8.3液晶顯示的接口電路 233.9存儲電路 244電路原理圖的設計和電路板的制作印刷板 264.1電路原理圖的設計 264.2電路板的制作和印刷 274.2.1布局 274.2.2布線 284.2.3去耦合電容配置 294.2.4單片機系統(tǒng)調試 295總結 31參考文獻 32致謝 33畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 34畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 35附錄1 36附錄2 371緒論1緒論1.1引言作為一個城市的公交企業(yè)，它既要代表政府體現(xiàn)當?shù)爻鞘械男蜗螅忠M一切力量減少政府投資，創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。而傳統(tǒng)的公交運營系統(tǒng)的裝備和管理模式較難達到這兩者的完美結合。隨著科學技術的發(fā)展，公交應用系統(tǒng)帶給公交企業(yè)的將不僅是形象的提升，也是效益的增長。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有些車上已經(jīng)采用GPS定位系統(tǒng)自動報站，但其昂貴的成本，難以實現(xiàn)普及。為了實現(xiàn)城市公交車的自動報站，本文設計了一套低廉、高性能的城市公交車無線自動報站系統(tǒng)。1.2課題研究的背景及意義當前國內(nèi)主要大城市的公交車大都采用人工語音報站，即每到一站由司機或者乘務員按語音鍵來進行報站，而車站的識別、語音的播放還要靠駕駛員控制，不僅增加了駕駛員的操作,還存在一定的安全隱患。另外由于受到各種因素如雨雪天路滑，車上擁擠，乘務員心情的變化等的影響，會出現(xiàn)報錯,漏報的情況，給乘客帶來了不必要的麻煩，特別是給不熟悉本市地形的外來乘客帶來了不必要的麻煩,從而影響到了一個城市的窗口形象工程建設，因此公共汽車自動報站系統(tǒng)的研發(fā)勢在必行。公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務，而公共汽車的報站直接影響服務的質量。傳統(tǒng)的由乘務人員人工報站，因其效果太差和工作強度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，隨著科學技術的日益發(fā)展和進步，微型計算機技術已經(jīng)在許多領域得到了廣泛的應用。在聲學領域，微機技術與各種語音芯片相結合，即可完成語音的合成技術，使得公交車報站器的實現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務。鑒于傳統(tǒng)公交車報站系統(tǒng)的不足之處，結合公交車輛的使用特點及實際營運環(huán)境，設計了一種由單片機控制的公交車自動報站系統(tǒng)。公交車自動報站器的設計主要是為了彌補傳統(tǒng)語音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，進站、出站自動播報站名及服務用語，為市民提供更人性化，更完善的服務。如果采用了我們研發(fā)的公共汽車自動報站系統(tǒng)不會出現(xiàn)由于受到各種因素如雨雪天路滑,車上擁擠,乘務員心情的變化等的影響而出現(xiàn)報錯站，漏報的情況。從而給乘客帶來了極大的方便；不會因坐車過站而走冤枉路,為我們城市的窗口形象工程建設貢獻一份力。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）1.3報站器的動態(tài)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外相關研究情況行駛在現(xiàn)代文明程度高的市區(qū)，它是一道流動的風景線，因而對整車外形乃至色彩都有更高的要求。作為公共汽車還要求有醒目和減少乘務人員勞動強度的電子報站器，電子顯示路牌，無人售票裝置，前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術的采用也將越來越普及。公交車報站器在公交事業(yè)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車的服務質量。目前公交車報站有三種方式：(1)利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的公交車報站系統(tǒng)即在司機座位后面隔板上，安裝了一臺15英寸的液晶電視和GPS信號接收器，目前美國部分城市投入使用，國內(nèi)也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，其功能強大，系統(tǒng)穩(wěn)定，但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無法承受；(2)手動電子報站；(3)人工報站；目前我國部分城市采用手動電子報站和人工報站的方式，而它們都離不開司務人員，加大司乘人員的工作強度。1.4系統(tǒng)可行性分析要做一個實用性比較高的公交報站系統(tǒng)，前期的調研是必不可少的。通過在各個車站收集公交司機及各個年齡階段的乘客對報站系統(tǒng)的看法和他們心中理想的報站方式，得出以下兩個結論：(1)準確報站：由于司機在操作報站系統(tǒng)時經(jīng)常會按錯鍵或忘記按鍵，而且在調整系統(tǒng)時會連續(xù)報出幾個站點，讓不熟悉路線的乘客不知所措。(2)普通話報站：許多外來人員對此深有感觸，聽不懂的報站語言讓乘客不知是否已到達目的地，經(jīng)常下錯車帶來很多不必要的麻煩，因而普通話報站對于外來人員來往頻繁的大城市是非常有必要的。然而各個公交車站并沒有對現(xiàn)有報站系統(tǒng)進行改進，根據(jù)調查走訪，主要原因在于現(xiàn)今仍然沒有一個性能比較好且制作改裝成本低、可以普及的報站系統(tǒng)，因而一直沒有對報站系統(tǒng)進行改良。針對該現(xiàn)象，本文所設計的城市公交車無線自動報站系統(tǒng)，其創(chuàng)新之處在：(1)采用編碼技術對每一個車站點進行編碼，當車行駛到車站點信號范圍內(nèi)時，系統(tǒng)將自動識別該站并發(fā)送指令啟動語音報站系統(tǒng)進行語音報站及站名顯示。(2)采用短距離無線數(shù)據(jù)通訊技術，自動報站，高效準確。(3)該系統(tǒng)能利用現(xiàn)有系統(tǒng)進行改裝，而且改裝容易，制作成本低，運行幾乎不需要成本。1.5研究步驟和方法第一：理論準備階段，理解題目，研究題目所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關題目的知識。第二：確定系統(tǒng)各個硬件部分電路，理清各個硬件部分電路與單片機之間的連接關系，并開始進行相關硬件電路的資料收集。第三：規(guī)劃課題，確定組成結構，提出大體系統(tǒng)框架并在結構框架的基礎上提出原理框圖。第四：完成硬件設計部分并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖。第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設計部分，繪制出主流程圖。第六：檢查是否可以實現(xiàn)要求的控制目的，能夠按照要求實現(xiàn)控制功能。第七：整理論文。1.6設計的主要任務本文對系統(tǒng)的理論分析、硬件電路的設計制板和功能方法都有了詳細的介紹。系統(tǒng)設計的重點：（1）接口電路的設計（2）RS232與TTL的電平轉換電路（3）其他外圍電路的設計2系統(tǒng)的硬件方案設計2系統(tǒng)的硬件方案設計2.1系統(tǒng)功能及技術要求公交車無線自動報站系統(tǒng)是針對公共汽車公司需求而設計開發(fā)的，與其他國內(nèi)同類產(chǎn)品區(qū)別在于：采用全自動的方式進行自動報站，完全不需要駕駛員在進站前操作鍵盤，分散注意力，真正實現(xiàn)自動報站功能。同時可以與LCD液晶顯示實時時鐘、車內(nèi)溫度和到站的文本信息，并配有真人語音報站功能，為公交車裝備現(xiàn)代化，提高服務檔次起到本產(chǎn)品應盡的責任。技術要求：1)無需按鍵實現(xiàn)自動語音報站，到站前每個10秒連續(xù)播報并配有文字提示。2)車輛內(nèi)部溫度實時采集，溫度采集精度：±1℃3)LCD字符顯示4)實時時鐘5)語音報站6)使用電源：直流：12V7)使用環(huán)境：溫度：－40℃～＋50℃2.2采用的研究方案根據(jù)公交車無線自動報站系統(tǒng)的功能要求及技術要求，為實現(xiàn)全自動報站，將本系統(tǒng)分成兩個子系統(tǒng)：站臺系統(tǒng)和車載系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)的信息交換通過無線數(shù)據(jù)模塊來完成，進而完成自動報站。整個系統(tǒng)的結構圖如圖2.1所示。站臺系統(tǒng)上電自檢后，自動處于休眠狀態(tài)。當車輛駛進入到無線數(shù)據(jù)模塊收發(fā)的距離范圍（具體可參考下一章）之內(nèi)，站臺系統(tǒng)接收到車載系統(tǒng)發(fā)來的正確命令數(shù)據(jù)后（具體數(shù)據(jù)協(xié)議參考下一章），將本站的站臺信息回發(fā)到車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)接收到站臺系統(tǒng)回發(fā)的數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議，解析數(shù)據(jù)查表得到本站信息，然后通過語音芯片進行語音輸出，并利用LCD進行文本滾動提示乘客。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）站臺系統(tǒng)圖2.1系統(tǒng)的結構圖根據(jù)上述的整個系統(tǒng)的功能和結構圖，以及市場的調研和相關資料的查詢，確定整個系統(tǒng)硬件框圖如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)硬件框圖如圖2.2所示,整個系統(tǒng)有兩個子系統(tǒng)組成,車載系統(tǒng)和站臺系統(tǒng)。站臺系統(tǒng)功能比較簡單，主要完成TTL電平與RS232電平的轉換及串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為此，該子系統(tǒng)硬件設計較簡單。公交車無線自動報站系統(tǒng)主要的功能主要集中在車載系統(tǒng)，為此，車載系統(tǒng)以單片機89C52為核心，利用DALLAS公司的DS18B20溫度傳感器和DS12887時鐘芯片，完成車內(nèi)溫度的實時檢測和時間數(shù)據(jù)的讀取，最終將溫度和時間數(shù)據(jù)送至LCD實時顯示。另外通過無線數(shù)據(jù)模塊和電平轉換電路完成車載系統(tǒng)與站臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)全自動語音報站。本次畢業(yè)設計的主要任務是完成公交車無線自動報站系統(tǒng)的硬件電路的設計，而車載系統(tǒng)的設計則是本設計最核心的部分。3系統(tǒng)接口電路的分析與設計3系統(tǒng)接口電路的分析與設計系統(tǒng)接口電路的設計系統(tǒng)的最重要的部分，在確定系統(tǒng)功能要求及系統(tǒng)硬件方案后，選定芯片，查閱芯片的使用手冊及其引腳的定義的后，根據(jù)CPU總線與I/O設備之間信號要求及時序進行相應的接口設計，通常設計接口時應對完成的功能所需要的硬件和軟件作統(tǒng)籌考慮，確定那些功能由硬件完成，哪些功能由軟件實現(xiàn)，兩者之間做出合理的接口電路設計思路。在此基礎上，合理的選用I/O接口芯片，進行硬件接口電路設計及如何與CPU的連接是至關重要的。微處理器是公交車無線自動報站系統(tǒng)的核心部件，它的結構、特性對所研制的系統(tǒng)的性能有很大影響。因此，對微處理器的選擇尤為重要。我們通過選取和對比各種型號的微處理器芯片的功能特性和價格，發(fā)現(xiàn)AT98C5X以其低廉的價格、強大的功能，完全符合經(jīng)濟的原則并且完全滿足本系統(tǒng)的功能要求。所以，在兩個子系統(tǒng)中我們分別選用AT89C51和AT89C52作為CPU芯片。3.1單片機的介紹單片機小系統(tǒng)選擇的是ATMEL公司的低功耗，高性能的CMOS8位單片機AT89C52芯片，片內(nèi)含8kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重復擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz-24Hz三級加密程序存儲器256乘8字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線3個16位定時/計數(shù)器8個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）AT89C52的引腳排列如圖所示圖3.1AT89C52的引腳排列3.2系統(tǒng)電源部分的設計在本系統(tǒng)中所涉及的兩個子系統(tǒng)均需要用到電源，電源是系統(tǒng)的能量來源，另外電源電壓的要求及其穩(wěn)定性和可靠性將是系統(tǒng)首要考慮的問題。兩個子系統(tǒng)的CPU及外圍芯片的供電均需要穩(wěn)定的5V電源，因此兩個子系統(tǒng)的電源電路的設計類似，因此在本設計中以車載系統(tǒng)的電路設計為例，必須給CPU提供一個比較穩(wěn)定的＋5V電源電壓。在此本次設計中采用了三端集成穩(wěn)壓LM7805CV來穩(wěn)壓。集成穩(wěn)壓器LM7805CV是將非穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定的直流電壓的IC芯片。LM7805CV集成穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端及公共端三個引腳。芯片內(nèi)部設有過流保護、過熱保護及調整管安全保護電路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。廣泛地用于各種電子設備中。LM7805CV最大的輸入電壓為35V，最小輸入電壓為7.5V，其輸出電壓為+5V。具體電路圖3.2如下：圖3.2電源電路LM7805CV輸入端1腳接VS，VS是＋12V直流電壓，符合LM7805CV的電壓范圍，管腳2接地，這樣管腳3就可輸出＋5V的穩(wěn)定電壓。為了濾除輸入和輸出電壓上的紋波，分別在LM7805CV的輸入和輸出管腳分別接以電解電容和陶瓷電容，使其得到較穩(wěn)定的電源電壓。3.3CPU其他外圍電路設計3.3.1看門狗電路的設計看門狗就是在程序飛跑或死機時,對系統(tǒng)進行復位重新置位,以使系統(tǒng)恢復正常運行的一種專用電路?，F(xiàn)在常用的看門狗主要有兩種：軟件狗和硬件狗。軟件狗實際上就是通常說的軟件指令,一旦程序跑飛,只要程序指針指向這些地址,便立即被強行跳轉至程序的開頭或其他指定地址處,從而使程序繼續(xù)正常執(zhí)行。硬件狗現(xiàn)在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個能夠發(fā)送“復位”信號的計數(shù)器或定時器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計數(shù)器和一些外圍電路組成，計數(shù)清零和溢出端分別和單片機的I/O與RST相連接。其工作原理是：由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生脈沖，計數(shù)器對脈沖進行計數(shù)。程序正常運行時，CPU在計數(shù)器溢出之前通過I/O口對計數(shù)器清零，使計數(shù)器不能溢出，此時由于溢出端與CPU的RST端相連接，所以使單片機系統(tǒng)“復位”，使其能重新正常運行。單片機系統(tǒng)的供電電源有時候因為各種不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動或瞬時掉電的現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)保存。如果能對電源電壓進行監(jiān)視，當電源電壓下降到某一特定值時，發(fā)生一個信號給單片機和電源切換電路，那么就使CPU及時進行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。MAX813能夠完全滿足要求。所以本系統(tǒng)采用MAX813作為電源監(jiān)視和看門狗芯片。電路圖如圖3.3所示。將第7腳接CPU的復位腳，第1腳與第8腳相連，第6腳與CPU的P1.6相連。在軟件設計中，P1.6不斷輸出脈沖信號。如系統(tǒng)死機導致P1.6無脈沖信號輸出，則1.6秒后在MAX813的第8腳輸出低電平。該低電平加到第1腳，使MAX813產(chǎn)生復位輸出，復位脈沖寬度的典型值為200ms，使CPU有效復位，擺脫死循環(huán)的困境。看門狗復位電路如圖3.3所示：如果在1.6秒內(nèi)沒有觸發(fā)該電路(即第6腳無脈沖輸入)則第8腳輸出一個低電平，是單片機復位圖3.3看門狗電路電路連接圖如圖所示。在這個系統(tǒng)中，P16作為看門狗的“喂狗”信號；REST和單片機的復位信號連接。3.3.2時鐘電路在單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為單片機的XTAL1，其出端為單片機的XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和兩個33PF微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在此我們采用11.0592MHZ即可滿足兩個子系統(tǒng)的要求。圖3.4晶振電路3.4電平轉換電路的設計車載系統(tǒng)與站臺系統(tǒng)均采用無線數(shù)據(jù)模塊傳輸數(shù)據(jù)，其接口是RS232串口，電平是RS232電平，而單片機的串口是TTL電平，為此在車載系統(tǒng)和站臺系統(tǒng)均需要設計RS232電平轉換電路。3.4.1RS232標準RS-232C標準（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（ecommededstandard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標準還有有EIA；RS-232-C、EIA;RS-422-A、EIA；RS-423、EIA；RS-485。我們這里用的是EIA；RS-232-C（簡稱232，RS232）。EIRS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換。這里我們選用DB-9連接器，在AT機及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設備連接，必須使用專門的電纜線。電纜長度：在通信速率低于20kb/s時，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。傳輸電纜長度由RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，在9600的時候可以達到250英尺，即75米。3.4.2電平轉換芯片的選擇在兩個系統(tǒng)中均采用MAX232APE，它是一種雙組驅動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉換為5VTTL/CMOS電平。這些接收器具有1.3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收V的輸入。每個驅動器將TTL/CMOS輸入電平轉換為EIA/TIA-232-E電平。MAX232的工作溫度范圍為0℃至70℃。MAX232APE的特點單5V電源工作LinBiCMOS工藝技術兩個驅動器及兩個接收器V的輸入電平低電源電流:典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標準EIA/TIA-232-E及ITU推薦標準V.28可與Maxim公司的MAX232互換ESD保護大于MIL-STD-883(方法3015)標準的2000V引腳排列圖3.5MAX232芯片引腳圖3.4.3無線數(shù)據(jù)模塊的工作介紹本設計采用采用LAC－UP型微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特點如下：微功率發(fā)射：最大發(fā)射功率為10MW工作頻率在1SM頻段，無需申請頻點。載頻頻率430MHZ－434MHZ，也可提供315/868/915MHZ載頻。高抗干擾能力和低誤碼率：基于FSK的調制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5～10-6。傳輸距離遠：在視距情況下，天線高度＞3M，可靠傳輸距離＞300M（BER=10-3/1200Bit/s）透明的數(shù)據(jù)傳輸：提供透明的數(shù)據(jù)接口，能使用任何標準或非標準的用戶協(xié)議。自動過濾空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)。多信道，多速率：LAC－UP型模塊標準配置提供8個信道，根據(jù)用戶需要，可擴展到16/32信道。滿足用戶多種通信組合方式。同時，LAC－UP型可提供1200Bit/s,2400Bit/s,4800Bit/s,9600Bit/s等多種通信波特率，并且接口波特率與無線傳輸波特率一樣，以滿足客戶設備對不同波特率的需要。雙串口，3種接口方式：LAC－UP型模塊提供2個串口，COM1為TTL電平UART接口。COM2由用戶自定義為標準的RS232/RS485口。大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：可1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，用戶編程更靈活。智能數(shù)據(jù)控制，用戶無需編制多余的程序。低功耗及休眠功能：接收情況下，電流＜30MA，休眠時電流僅為＜10UA。高可靠性，體積小，重量輕：采用CC1000單片射頻集成電路及單片MCU，外圍電路少，可靠性高，故障率低。查閱MAX232相關資料及無線模塊接口定義后，設計電平轉換電路圖如圖3.6所示。圖3.6電平轉換電路3.5溫度采集電路設計由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求3.5.1溫度采集芯片DS18B20的功能特點本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。DS18B20單線數(shù)字溫度計獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊簡單的多點分布應用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)供電零待機功耗測溫范圍-55~+125以0.5遞增。華氏器件-67+257，以0.9遞增。溫度以9位數(shù)字量讀出溫度數(shù)字量轉換時間200ms（典型值）用戶可定義的非易失性溫度報警設置報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件應用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費品，溫度計或任何熱感測系統(tǒng)DS18B20通過一個單總線口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。因為每個DS18B20都有一個獨特的片序列號，所以多只DS18B20可以同時連在一根單總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制，探測建筑物，儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。3.5.2DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部硬件結構圖3.7DS18B20內(nèi)部結構示意圖3.5.3DS18B20和單片機的接口DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，本設計采用第二種供電方式，如圖3.8所示單片機P3.4口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個4.7k電阻來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖3.8原理連接圖DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用的是單總線的通信協(xié)議，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證復位時序和讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。(2)在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題。(3)連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。3.6實時時鐘接口電路設計為了方便乘客出行掌握準確的時間，車載系統(tǒng)帶有實時時鐘顯示功能，實時顯示日期和時間。而實時時鐘芯片有很多種，比如飛利浦公司的PCF8563等等。在此我們選擇美國DALLAS公司的自帶鋰電的DS12887時鐘芯片。3.6.1實時時鐘DS12887的特點和功能DS12887時鐘芯片的主要特點：可作為IBMAT計算機的時鐘和日歷與MC146818B和DS1287的管腳兼容在沒有外部電源的情況下可工作10年以上,不丟失數(shù)據(jù)自帶晶體振蕩器及鋰電池可計算到2100年前的秒、分、小時、星期、日、月、年7種日歷信息，并有閏年補償功能用二進制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息有12和24小時兩種制式，12小時制式帶有PM和AM提示可選用夏令時模式可以應用于MOTOROLA和INTER兩種總線數(shù)據(jù)/地址總線復用內(nèi)建128字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14字節(jié)為時鐘單元和控制H狀態(tài)寄存器，114字節(jié)為通用RAM，可由用戶使用，所有RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能（非易失性RAM）；可編程方波輸出；中斷信號輸出IRQ和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行置位測試?？偩€兼容中斷（/IRQ）三種可編程中斷-時間性中斷可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷-周期性中斷122ms到500ms-時鐘更新結束中斷3.6.2DS12887時鐘芯片的結構DS12887時鐘芯片內(nèi)部由振蕩電路、分頻電路、周期中斷/方波選擇電路、14字節(jié)時鐘和控制單元、114字節(jié)用戶非易失RAM、十進制/二進制計數(shù)器、總線接口電路、電源開關寫保護單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成，DS12887芯片的內(nèi)部結構框圖如圖所示。圖3.9DS12887內(nèi)部結構框圖DS12887時鐘芯片的引腳排列如圖所示。圖3.10DS12887的引腳排列DS12887時鐘芯片的引腳功能AD0-AD7為地址/數(shù)據(jù)復用總線；NC為空腳；MOT為總線模式選擇（Motorola/Intel），當此接到Vcc時，選用的是MOTOROLA總線時序，當它地或不接時，選用的是INTER總線時序；CS（片選輸入）-CS當Vcc低于4.25V時，DS12887從內(nèi)部禁止對外部CS的操作。此時，時鐘和RAM都被保護起來。AS(地址鎖存)-ALER/W（Read/WriteInput）-WRDS(DataStrobeorReadInput)-RD當系統(tǒng)總線選擇的是INTEL總線模式時，DS被稱作RD。當它有效時表示DS12887正在往總線輸出數(shù)據(jù)。RD信號線在存儲器芯片上被稱作OE信號線。RESET為復位端，復位端對時鐘、日歷、RAM無效，系統(tǒng)上電時復位端要保持低電平200ms以上DS12887才可以正常工作；當復位腳為低并且Vcc高于4.25V時，以下情況發(fā)生：周期中斷允許（PIE）位清0鬧鐘中斷允許（AIE）位清0更新完成中斷標志（UF）位清0中斷請求狀態(tài)標志（IRQF）位清0周期中斷標志(PF)位清0當RESET為低時DS12887不可操作鬧鐘中斷標志（AF）位清0IRQ呈高阻狀態(tài)方波輸出允許（SQWE）位清0更新完成中斷允許(UIE)位清0IRQ（中斷請求輸出）-當中斷狀態(tài)位和對應的中斷允許位有效時，IRQ的輸出保持為低。復位和讀C寄存器都可以清除IRQ中斷信號。沒有中斷時，IRQ呈高阻狀態(tài)，其它中斷源還可以掛接到中斷總線上。由于IRQ是漏極輸出，所以需要外接上拉電阻。SQW為方波輸出端，當Vcc低于4.25v時沒有作用；Vcc為+5v電源；GND為接地端。3.6.3DS12887和單片機的接口電路圖3.11DS12887芯片與AT89C51單片機的接口電路本設計中模式選擇腳MOT拉地，選擇INTEL時序，選擇DS12887時鐘芯片的地址總線及AS端口和89C52單片微機的P27及ALE端直接相聯(lián)；而DS、R/W讀寫控制線與單片機的RD、WR控制線相連；DS12887的中斷輸出端IRQ和89C52的外部INT0端相聯(lián)，給單片機提供中斷信號。3.7語音接口電路設計目前我國部分城市采用手動電子報站和人工報站的方式，而它們都離不開司務人員，加大司乘人員的工作強度。手動電子報站一般由司機或者乘務員控制，經(jīng)常出現(xiàn)錯報，誤報的情況，而由于各地方言的不同，給異地乘客帶來不少麻煩。基于上述情況的不足，根據(jù)實際錄放時間需求，采用美國ISD公司的ISD2560芯片。3.7.1ISD2560的功能特點ISD語音芯片是美國信息存儲器件公司推出的高品質語音錄放芯片，采用ISD公司獨有的直接模擬存儲技術（DAST），該技術的采用使得音頻信息無需經(jīng)過傳統(tǒng)形式的(A/D、D/A)轉換即可實現(xiàn)存取，有比同等數(shù)字存取更高的集成度和更高的音質水平。ISD語音芯片具有抗斷電功能，信息存放不易揮發(fā)，支持多次錄/放操作，壽命高達10次，可單獨應用、多片級聯(lián)，也可與微處理器配合使用，具有很好的使用靈活性。ISD可廣泛應用于工業(yè)控制、智能儀表、警報、信息提示等場合，使信息交互人性化。3.7.2ISD2560的內(nèi)部結構圖3.12ISD2560內(nèi)部原理框圖圖3.13ISD2560管腳分布圖表3.1DIP封裝圖及各引線端功能引線端名稱功能1-7A0/M0~A6/M6地址8-10A7~A9地址11AUXIN輔助輸入12,13VSSD、VSSA數(shù)字和模擬地14,15SP+、SP-揚聲器輸出16,28VCCA、VCCD模擬、數(shù)字型號電源正極17,18MIC、MICREF麥克風輸入和輸入?yún)⒖级?9AGC自動增益控制20,21ANAIN、OUT模擬信號輸入和輸出22OVF\溢出23CE\片選（低電平允許芯片工作)24PD芯片低功耗狀態(tài)控制25EOM\錄放音結束信號輸出26XCLK外部時鐘27P/R\錄\放控制選擇芯片操作模式：由于ISD2560內(nèi)置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。操作模式也由地址端控制；當最高兩位都為1時，其它地址端置高可選擇某個(或某幾個)特定模式。因此操作模式和直接尋址相互排斥。具體操作模式見圖3.14所列。操作模式可由微控制器也可由硬件實現(xiàn)。使用操作模式要注意兩點:(1)所有操作最初都是從0地址（即存儲空間的起始端開始后續(xù)的操作根據(jù)選用的模式可從其它地址開始。但是，電路由錄轉放或由放轉錄(M6模式除外)，或都執(zhí)行了掉電周期后，地址計數(shù)器將復位為0。(2)當CE變低且最高兩地址位同為高時，執(zhí)行操作模式。這種操作模式將一直有效，直到CE再次由高變低，芯片重新鎖存當前的地址/模式端電平并執(zhí)行相應的操作為止。當最高位地址(MSB)A8、A9都為高電平時，地址端就作為工作模式選擇端（高電平有效）表3.2工作模式模式控制功能典型應用A0/M0信息檢索快速檢索信息A1/M1刪除EOM標志在全部語音錄放結束時，給出EOM標志A2/M2未用當工作模式操作時，此端應接低電平A3/M3循環(huán)放音從0地址開始連續(xù)重復放音A4/M4連續(xù)尋址可錄放連續(xù)的多段信息A5/M5CE電平觸發(fā)允許信號中止A6/M6按鈕控制簡化器件接口3.7.3ISD2560和單片機的接口設計圖3.14單片機89C51和ISD2560的接口電路1腳～10腳（A0-A9）為地址輸入/模式控制,與單片機的地址端口連接,共有1024種組合狀態(tài),通過對A8,A9的設置單片機可以控制語音芯片的工作方式；11腳（AUXIN）為輔助輸入；12腳、13腳（VSSA，VSSD）分別為模擬和數(shù)字地；14腳、15腳（SP+，SP-）分別為喇叭輸出的正負端；16腳、28腳（VCCA，VCCD）分別為模擬和數(shù)字部分的供電電源；17腳（MIC）為話筒輸入端；18腳（MICREF）為話筒輸入?yún)⒖级耍?9腳（AGC）為自動增益控制端；20腳、21腳（ANAin、ANAout）分別為模擬輸入輸出；22腳（OVF）為溢出標志端；23腳（CE）為片選端；24腳（PD）為節(jié)電控制端；25腳（EOM）為信息結尾標志；26腳（XCLK）為外部時鐘輸入；27腳（P/R）為放音、錄音控制。圖3.15ISD2560放音時序本設計系統(tǒng)中，語音單元語音部分是事先分段錄制好的，應用的時候直接調用需要的語音段即可。這里簡單介紹一下其放音的實現(xiàn)。由圖3.15放音時序可以看出，P/R一直接在高電平，處于放音狀態(tài)。CE接到WR，當給CE一個低電平脈沖時，只要PD沒有被觸發(fā)復位，系統(tǒng)就開始讀取A0～A9被選中的地址段，并從此段開始放音。例如：當前地址輸入為0F800，系統(tǒng)即從0地址開始放音，直到遇到EOM標志變低，放音結束。3.8液晶顯示電路設計車輛內(nèi)部通過LCD字符顯示車廂內(nèi)部實時溫度，時間和日期，更方便乘客出行。在此選擇內(nèi)置8192個16乘16點漢字庫和128個16乘8點ASCII型字符集圖形點陣液晶顯示器RT12232F。3.8.1液晶顯示功能概述12232F是一種內(nèi)置8192個16乘16點漢字庫和128個16乘8點ASCII型字符集圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器/列驅動器及128乘32全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示7.5乘2個（16乘16點陣）漢字。與外部CPU接口采用并行或串行方式控制。在本系統(tǒng)中，設置兩種方式訪問的接口電路。根據(jù)用戶的要求選擇訪問方式。主要的技術參數(shù)和性能：電源：VDD：+3.0~+505v。（電源低于4.0伏LED背光需另外供電）顯示內(nèi)容：122（列）乘32（行）點。全屏幕點陣2MROM(CGROM)總共提供8192個漢字（16乘16點陣）16KROM(HCGROM)總共提供128個字符（16乘8點陣）2MHZ頻率工作溫度：0~+60存儲溫度：-10~+703.8.2液晶顯示的外形尺寸圖圖3.16外形尺寸圖3.8.3液晶顯示的接口電路圖3.17液晶顯示接口電路表3.3外部接口信號管腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0_對比度調整4RS(CS)H/LRS="H",表示DB7~DB0為顯示數(shù)據(jù)RS="L",表示DB7~DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W="H",E="H",數(shù)據(jù)被讀到DB7~DB0R/W="L",E="H→L",DB7~DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(CLK)H/L使能信號7DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15BL+VDD背光源電壓+4.2V—+5V16BL_VSS背光源公共端3.9存儲電路存儲電路采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT24LC256，具有16KB的存儲空間，具有兩線串行接口，雙向數(shù)據(jù)傳輸握手，硬件數(shù)據(jù)寫保護，8字節(jié)頁寫方式和獨立定勢的寫周期（最大10ms）等特點，可在1.8～5.5V寬電源范圍內(nèi)可靠工作，可保證1000000次擦寫/寫周期和10年內(nèi)數(shù)據(jù)不會丟失。由于這種器件在上電后可在線編程數(shù)據(jù)，失電時能長期保存結果，所以可廣泛用于智能儀器，微處理器系統(tǒng)，掉電保護電路，信息存儲卡和需要低功耗的存儲設備領域。其管腳接法是1、2、3、4、7接地，5、6分別接單片機的端口，8接5V電源。圖3.18存儲電路引腳說明：（1）串行時鐘（SCL）SCL用于把所有數(shù)據(jù)同步輸入帶EEPROM器件，或把數(shù)據(jù)從EEPROM器件串行同步讀出。在寫方式中，當SCL是高電平時數(shù)據(jù)必須保護穩(wěn)定，并在SCL的下降沿把數(shù)據(jù)同時輸出。（2）串行數(shù)據(jù)（SDA）SDA是一個雙向端口，用于把數(shù)據(jù)輸入到器件，或從器件輸出數(shù)據(jù)，僅在SCL為低時數(shù)據(jù)才能改變。此端子時漏極開路輸出，可以和任意多個漏極開路或集極開路端子以“線或”方式連接在一起。（3）寫保護（WP）AT24LC256有一個寫保護端子，該端子提供硬件數(shù)據(jù)保護。當WP接地（GND）時，允許正常的讀寫；當WP接Vcc時，存儲器被保護，禁止對存儲器的任何操作。不管WP腳的狀態(tài)如何，器件總可以被讀出。當WP不連接時，此端則被拉為低電平。4電路原理圖的設計和電路板的制作印刷板）4電路原理圖的設計和電路板的制作印刷板4.1電路原理圖的設計隨著計算機技術的發(fā)展,計算機軟件在電路設計中的應用越來越廣泛，Orcad，Protel等都是人們熟悉的常用EDA軟件。Protel99SE是Protel公司推出的最新版本,應用于電路原理圖設計、電路板設計等。Protel99SE引入了數(shù)據(jù)庫的管理模式,使用戶可以更直觀地對項目中的文件進行管理和操作,同時還可以輕松地轉移整套設計文檔,由于其強大的功能和方便的操作,Protel很快就發(fā)展成為眾多EDA用戶的首選電路CAD軟件,它基于Windows環(huán)境,功能強大,人機界面友好,能讓人們在具有最完整的功能環(huán)境下,提升設計上的品質和效率。Protel99SE在電路原理圖設計中的應用：電路原理圖的設計是整個電路設計的基礎,因此電路原理圖要設計好,以免影響后面的設計工作。電路原理圖的設計一般有如下步驟:設置原理圖設計環(huán)境;放置元件;原理圖布線;編輯和調整;檢查原理圖;生成網(wǎng)絡表。根據(jù)以上所述的電路原理圖設計步驟,本設計電路原理圖設計過程如下:啟動原理圖設計服務器。進入Protel99SE,創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫,執(zhí)行菜單File/New命令,從框中選擇原理圖服務器(SchematicDocument)圖標,雙擊該圖標,建立原理圖設計文檔。雙擊文檔圖標,進入原理圖設計服務器界面。設置原理圖設計環(huán)境。執(zhí)行菜單Design/Op2tions和Tool/Preferences,設置圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格等。裝入所需的元件庫。在設計管理器中選擇BrowseSCH頁面,在Browse區(qū)域中的下拉框中選擇Library,然后單擊ADD/Remove按鈕,在彈出的窗口中尋找Protel99SE子目錄,在該目錄中選擇Library/SCH路徑,在元件庫列表中選擇所需的元件庫,比如Miscellaneousdevices.ddb,TIDatabook庫等,單擊ADD按鈕,即可把元件庫增加到元件庫管理器中。放置元件。根據(jù)實際電路的需要,到元件庫中找出所需的元件,然后用元件管理器的Place按鈕將元件放置在工作平面上,再根據(jù)元件之間的走線把元件調整好。原理圖布線。利用Protel99SE提供的各種工具、指令進行布線,將工作平面上的器件用具有電氣意義的導線、符號連接起來,構成一個完整的電路原理圖。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）編輯和調整。利用Protel99SE所提供的各種強大的功能對原理圖進一步調整和修改,以保證原理圖的美觀和正確。同時對元件的編號、封裝進行定義和設定等。檢查原理圖。使用Protel99SE的電氣規(guī)則,即執(zhí)行菜單命令Tool/REC對畫好的電路原理圖進行電氣規(guī)則檢查。若有錯誤,根據(jù)錯誤情況進行改正。生成網(wǎng)絡表。網(wǎng)絡表是電路原理圖設計和印刷電路板設計之間的橋梁,執(zhí)行菜單命令Design/Cre2ateNetlist可以生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關系的網(wǎng)絡表。經(jīng)過以上的步驟,完成了本設計電路原理圖的設計。本設計原理圖參照附件A所示。4.2電路板的制作和印刷印制電路板是整個公交車無線自動報站系統(tǒng)中器件、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設計的好壞對抗干擾能力的影響很大，故印刷電路板設計決不單是器件、線路達到簡單布局安排，還必須符合抗干擾的設計原則。4.2.1布局布局的好壞直接關系到以后布線的成功與否，所以說布局很關鍵，有了好的布局基礎以后的布線可以說就是水到渠成了。本文的電路設計不是很復雜，我采用完全手工布局。手工布局的優(yōu)點是顯而易見的：我們可以完全按照電路工作的實際要求，也有利于后面的布線操作。同時，對于一個有著特殊要求的電路來講，手工布局將極大的體現(xiàn)出設計者的奇妙構思和靈感，可以說，一個好的布局就是一個藝術品。元件布局我們首先考慮PCB尺寸的大小。PCB尺寸過大，印制線條長，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也增加：PCB尺寸過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時我們遵守以下原則：盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少他們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨的太近，輸入和輸出元件盡量遠離。一些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大他們之間的距離，以免放電引起意外的短路。在布局中我們注意以下幾個方面：電源和地線的布線盡量粗，模擬地與數(shù)字地要分開；電源旁路電容要放在各電路的近處；每個信號處理部分的接地和電源，要在電源輸入部分的同一點連接；各輸入布線之間和輸出布線之間不要扭在一起；兩條并排走的信號線，要在其間加一條地線作為隔離；根據(jù)電路功能單元，對電路的全部器件進行布局時，我們遵循以下原則：按電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。盡量減少和縮短個元器件之間的引線和連接。布局的過程中，應盡量將相關聯(lián)的元件就近防止，一減短走線的長度；時鐘電路、晶振、電容應緊貼相接的芯片，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。位于電路板邊緣的元器件，與電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。4.2.2布線布線的工作在整個制板過程中是最為重要和繁瑣的，他關系到整個設計的成敗與否。本設計首先對電源和地進行手工布線，調整好它們的位置，緊接著對電路板其他部分進行布線。本設計我采用的是完全手工布線，這樣更能保證布線的質量和以后調試的成功。在整個布線過程中，我遵循以下原則：（1）輸入、輸出端用的導線應盡量避免相鄰并行。最好線間加地線，以免發(fā)生反饋偶合。（2）印刷電路板導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的黏附強度和流過它們的電路值決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02mm～0.3mm的導線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線。尤其上電源線和地線。電源線和地線應接成樹狀，盡量加粗，使它能通過三倍于印刷板上允許電流。如有可能，接地線應在2mm～3mm以上。導線的最小間距主要由最壞情況下的地線絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，其間距最小可為至0.5mm。（3）印刷導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板黏合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。（4）數(shù)字地與模擬地分開。若線板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時，可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路易采用多點串聯(lián)接地，地線應短而粗。4.2.3去耦合電容配置PCB設計的常規(guī)做法之一是在印制電路板的各個關鍵部位配置適當?shù)耐笋詈想娙?。退耦合電容的一般配置原則是：（1）電源輸入端跨接1uf～10uf電解電容。如果有可能，接100uf以上更好。（2）原則上每個集成電路芯片都布置一個0.01pf的瓷片電容，如果印制板空隙不夠，可每4～8個芯片布置一個1uf～10uf的瓷片電容。（3）對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如：RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦合電容。（4）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。本系統(tǒng)的PCB圖，見附錄B。4.2.4單片機系統(tǒng)調試（1硬件調試

根據(jù)設計的原理電路做好實驗樣機，便進入硬件調試階段。調試工作的主要任務是排除樣機故障，其中包括設計錯誤和工藝性故障。（2）脫機檢查用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時為保護芯片，先對各管座的電位（或電源）進行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。（3）仿真調試暫時排除目標板的CPU和EPROM，將樣機接上仿真機的40芯仿真插頭進行調試，調試各部分接口電路是否滿足設計要求。這部分工作是一種經(jīng)驗性很強的工作，一般來說，設計制作的樣機不可能一次性完好，總是需要調試的。通常的方法是，先編調試軟件，逐一檢查調試硬件電路系統(tǒng)設計的準確性。其次是調試MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以進行下面的應用軟件調試。硬件電路調試的一般順序是：檢查CPU的時鐘電路。通過測試ALE信號，如沒有ALE信號，則判斷是晶體或CPU故障，這稱之為“心臟”檢查。檢查ABUS/DBUS的分時復用功能的地址鎖存是否正常。檢查I/O地址分配器。一般是由部分譯碼或全譯碼電路構成，如是部分譯碼設計，則排除地址重疊故障。對擴展的RAM、ROM進行檢查調試。一般先后寫入55H、AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。因